TCP/IP具体解释--TCP首部的TimeStamp时间戳选项

TCP应该是以太网协议族中被应用最为广泛的协议之中的一个，这里就聊一聊TCP协议中的TimeStamp选项。这个选项是由RFC 1323引入的，该C建议提交于1992年。到今天已经足足有20个年头。只是相信大部分程序员对这个建议还是相当陌生。

要理解为啥须要用TimeStamp选项。还须要从TCP协议的几个基本设计说起。

TCP协议的几个设计初衷。以及引发的问题：

1. 协议规定收端不须要响应每个收到的数据报文，仅仅须要收到N个报文后，向发端回复一个ack报文就可以。

这种规定是为了提高通讯的效率，可是也引入了几个问题：

    A. 发端发出报文后，究竟多久可以收到ack是不确定的。

    B. 万一ack报文丢失了。推断须要重发的timeout时间也非常难确定。

2. TCP报文中，标示Sequence号的地址长度为32位。

    这就限制了发端最多一次发送2^30长度的数据。就必须等待ack信号。为啥呢？在这个链接里有一些具体的讨论。

    然而对于超快速以太网（1000M以至于10G），这样会影响TCP连接的转发效率。

为解决上面提到的问题，TimeStamp选项主要有两个用途:

1. 測量TCP连接两端通讯的延迟（Round Trip Time Measurement）

    有了RTTM机制。TCP的两端能够非常easy的推断出线路上报文的延迟情况。从而制定出一个优化的发包间隔和报文TimeOut时间，从而攻克了第一个问题。

2. 处理Sequence号反转的问题（Protect Against Wrapped Sequence Numbers）。

    TCP收端收到一个数据报文后，会先比較本次收到报文的TimeStamp和上次收到报文的TimeStamp。假设本次的比較新，那么能够直接推断本次收到的报文是新的报文，不须要进行复杂的Sequence Number Window Scale计算。从而攻克了第二个问题。

然而，RFC1323建议还存在一些隐患。

建议中定义TimeStamp添加的间隔能够使1ms-1s。假设设备依照1ms的速度添加TimeStamp。那么仅仅要一个TCP连接连续24.8天（1ms*2^31）没有通讯，再发送报文，收端比較本次报文和上次报文TimeStamp的动作就会出错。（问题1）

（注：TCP协议中并未定义KeepAlive。假设应用层代码不定义超时机制。TCP连接就永远不会中断。所以连续24.8天不通讯的情况是却有可能发生的。）

引用Linux相关代码：((s32)(tp->rx_opt.rcv_tsval - tp->rx_opt.ts_recent) < 0)

比方 tp->rx_opt.rcv_tsval = 0x80000020，       tp->rx_opt.ts_recent = 0x10

 ((s32)(tp->rx_opt.rcv_tsval - tp->rx_opt.ts_recent) = (s32)0x80000010，是一个负数，必定小于0。

假设解决这个问题1呢？

已知依照RFC1323的规定。依照最快TimeStamp添加的速度，也须要24.8天TImeStamp才有可能发生反转。

假设((s32)(tp->rx_opt.rcv_tsval - tp->rx_opt.ts_recent) < 0)推断成立，还能够再用本地收到报文的本地TimeStamp减去上一次收到报文的本地TimeStamp。假设时间大于24.8天，那么就是TimeStamp发生了反转；否则就不是反转的情况。这样做是不是就万无一失了呢？不一定。

别忘了本地TimeStamp的计数器也是个32位，也可能会翻转的。（问题2）

举个极端的样例：如果TCP两端设备的TimeStamp添加间隔不一致，A为1ms。B为10ms。

TCP连接连续248天没有通讯；这个时候B向A发送了一个数据报文。

此时B发送给A的TCP报文中的TimeStamp，正好发生了翻转。然而因为A的计数器是每1ms加一的，248天时间。A的计数器已经归零过5次了。这时候再用本地TimeStamp做推断还是错的。

比較保险的做法是：

假设TCP连接的速度不那么快（2^32/s），本地TimeStamp用最大间隔时间1S。从而规避了（问题2）。

假设TCP连接速度很快，1S的TimeStamp间隔就有些不合时宜了，能够选小一级，如100ms。假设这时候还会发生连续24800天（为啥是24800天呢）不通讯的情况，除了骂娘以外。我也没办法了。